Fabricação assistida por computador Tópico - Usinagem

Apresentação em tema: "Fabricação assistida por computador Tópico - Usinagem"— Transcrição da apresentação:

1 Fabricação assistida por computador Tópico - Usinagem
Prof. Jalon de Morais Vieira 1

2 Importância dos Processos de Fabricação
PROCESSOS MECÂNICOS DE FABRICAÇÃO SOLDAGEM CONFORMAÇÃO USINAGEM FUNDIÇÃO Particularidades, multi-processos Competências, habilidades Custos, ambiente, forma, acabamento Parâmetros, geometria, materiais, máquina ferramenta, fluidos,... 2

3 Processos mecânicos de fabricação
3

4 Produtos manufaturados
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5 Processos de Fabricação por Usinagem
CONVENCIONAIS Geometria definida: Torneamento, fresamento, furação Geometria não definida: Retificação, brunimento, lixamento 5 5

6 Processos de Fabricação por Usinagem
NÃO CONVENCIONAIS Eletroerosão, ultrasom, laser, jato de água, química 6

7 Processo de torneamento
Operações Faceamento Desbaste Canal Furação 7

8 Geometria da Ferramenta
8

9 Desgaste de ferramentas
9

10 Velocidade de corte Velocidade com a qual se tem a retirada de material da peça Vc =  d n / 1000 Velocidade de corte = m/min  = Adimensional n = rpm 1000 = Transformação do diâmetro de milímetro para metro n = Vc /  d Valor que deverá ser utilizado para realização da operação de usinagem Máquinas convencionais apresentam limitações quanto às rotações; Diâmetros: 10, 15, 20mm (Cálculo de rotações para Vc = 100m/min) 10

11 Tempo de corte Tempo de preparação (Tp) – Estipulado entre 10 e 20 minutos Tempo útil (Tu) – Tc + Tm Tempo total parcial (Ttp) – Tp + (Tu x número de passadas) Tempo perdido (Tpe) – Consumido em imprevistos – 10% do Ttf Tempo total final (Ttf) – Determinado através de planejamento de processo Ttf = (Ttp1 + Ttp2 + Ttp Ttpn) Tc = L / f . N Tc - (minutos) L – Comprimento da peça a tornear (mm) f – Avanço de corte (mm/volta) n – rpm 11

12 Exercícios 1) Calcular a velocidade de corte de uma peça girando a 100 rpm, sendo seu diâmetro 80mm. 2) Calcular a rotação para tornear um aço 1045 de diâmetro igual a 50mm com ferramenta de metal duro. 3) Calcular o tempo de corte de uma passada na peça abaixo, sendo seu diâmetro 60mm, a velocidade de corte a usar 100m/min e o avanço 0,25mm/volta. As rotações do torno são: 30, 70, 120, 200, 350, 500, 750, 1000 e 1600. 200 12

13 Exercícios 4) Calcular o tempo total parcial necessário para desbastar um material de 70mm de diâmetro deixando-o com diâmetro igual a 48mm e comprimento final igual ao inicial 150mm. Dados: Vc – 150m/minuto f – 0,4mm/rotação ap máx. – 4mm Rpm’s do torno – 30, 70, 120, 200, 350, 500, 750, 1000 e 13

14 Exercícios 7) Calcular o tempo total final necessário para usinagem em desbaste da peça abaixo. Dados: Material da peça – aço 1020 Diâmetro da peça bruta – 65mm Comprimento da peça bruta – 130mm Ferramenta de corte – Aço rápido Rotações: 30, 70, 120, 200, 350, 500, 750, 1000 e 1600. 50 40 30 60 14

15 Mecanismo de formação do cavaco
No processo de formação do cavaco, as velocidades e deformações são consideráveis, comparadas às observadas na plasticidade. I Aufwurf II F nS Direction of cut Bond Cutting-edge tS I Aufwurf II  F nS Direction of cut Bond Cutting-edge tS III Chip F nS Direction of cut I III Bond Heaping Cutting-edge II tS  h cueff cu T u 15

16 Diagrama da cunha cortante
Mecanismo de formação do cavaco h  Deformação do elemento na passagem pelo plano de cisalhamento Dependente da dutilidade do material Determina a classe do cavaco Ângulo decisalhamento – Plano de corte e plano de cisalhamento Força considerável Vcav Vc h’ Elevadas temperaturas 16

17 Ângulo de cisalhamento e grau de recalque
Experimentalmente verificou-se que h’ > h e Vc > Vcav Grau de recalque (Rc) – Quantidade de deformação Rc = h’/h = Vc/Vcav h  Vcav Ângulo de cisalhamento pode ser definido pela medição direta da espessura do cavaco (h’), assim: Vc h’ tg = Cos  / Rc - Sen Rc e   indicam a quantidade de deformação na região de cisalhamento primária e dependem do material da peça, material da ferramenta, condições de corte e fluido de corte 17

18 Materiais para ferramentas de corte
Primeiras ferramentas – Madeira e pedra, cobre, ferro, e o ponto importante têmpera de aços em água. Mushet (1868) – Adicionou ao aço, manganês e tungstênio Fred Taylor (1903) – Aço com 1,85%C, 3,8%Cr, 8%W. Depois desenvolveu aço com 0,7%C e mínimo de 14%W. Gill (1939) – Aços super rápidos com altos teores de C e V. Haynes (1941) – Liga fundida baseada em W, Cr e Co. Voigtlander e Lohmann – Ferramentas baseadas em pós de WC, MoC ou mistura de ambos sinterizados. Fredrich Krupp (1926) – Patente de Widia (Wie Diamant) Ingleses (1940) – Resultados surpreendentes com óxido cerâmico Al2O3. Materiais de alto desempenho (1950) – CBN e diamante 18

19 Seleção de ferramentas para usinagem
Material a ser usinado e parâmetros Velocidade: Aço rápido Metal duro Natureza da operação de usinagem (torneamento, fresamento,...) Condição da máquina operatriz – Problemas com rigidez e vibrações Custo do material da ferramenta Emprego de refrigeração e lubrificação 19

20 Aços rápidos Materiais altamente ligados
Melhores tipos de aços para ferramentas Carbonetos  Elementos formadores (Cr, V, W, Mo) Carbonetos de liga (Cr17C3, V4C3, Fe4W2C, M4C3) AÇÕES DOS ELEMENTOS DE LIGA Endurecimento da ferrita; Aumento da quantidade de partículas finas de carboneto que de alguma maneira gera granulação mais fina; Mudança da natureza dos carbonetos: carbonetos de liga mais abrasivos 20

21 Metal Duro Mais importante material para ferramentas;
Combina dureza, resistência ao desgaste e tenacidade Sinterizado  Seus componentes principais misturados na forma de pó Essencialmente formado por dois constituintes: WC – Carbeto extremamente duro com alta resistência ao desgaste associado a TiC, TaC, NbC Co – Elemento aglomerante ou ligador 21

22 Fabricação do metal duro e características
Obtenção de pós metálicos, mistura dos pós, compressão das pastilhas, sinterização, usinagem 22

23 Grupos do metal duro WC + Co  Usinagem de materiais que apresentam cavacos curtos WC + Co + TiC + TaC  Usinagem de materiais que apresentam cavacos longos Classes ou tipos de metal duro P – Usinagem de metais e ligas ferrosas com cavacos longos e dúteis M – Usinagem de metais e ligas ferrosas de cavacos tanto longo como curtos K – Usinagem de materiais que apresentam cavacos curtos 23

24 Sistema de codificação
SNMG 24

25 Sistema de classificação de ferramentas
25

26 Sistema de classificação de ferramentas
2) Ângulo de folga das pastilhas 26

27 Sistema de classificação de ferramentas
6) Espessura da pastilha em mm 27

28 Sistema de classificação de ferramentas
7) Raio de ponta em mm 28

29 Materiais Cerâmicos Si3N4 (Sialon);
Dois tipos Si3N4 (Sialon); Al2O3 [Pura, ZrO2 (branca), TiC (preta), SiC (whiskers)] Atualmente Características: Alta dureza a quente (1600oC), não reage com aço, não forma APC, 1/3 densidade do aço, velocidade de corte 4 a 5 vezes maior que o metal duro Apresentam grande tenacidade sendo usadas em fresamento de FeFu 29

30 CBN (Nitretos cúbicos de boro)
Usado a partir dos aços 80 Dureza elevada Alta resistência a quente Alto custo Geometria negativa envolvendo altas forças de corte Usinagem de materiais duros (98HRc) Cortes severos e interrompidos 30

31 Desgaste e Mecanismos Causas para substituição da ferramenta:
Ocorrência de uma avaria (Lascamento, quebra ou trincamento) Desgaste atinge proporções elevadas comprometendo a usinagem Raro em torneamento Mais comum no fresamento Desgaste ocorre de forma progressiva (Mecanismos) 31

32 Avarias nas ferramentas
Fresamento Requisito Tenacidade Comp. usinado Temperatura Cargas intermitentes x Temperatura x - σ Tensão + σ 32

33 Trincas térmicas e mecânicas
Desgaste Tempo Aderência de cavacos na superfície de saída da ferramenta 33

34 Desgaste das ferramentas
Desgaste de cratera Desgaste de flanco Desgaste de entalhe Formas de monitorar o desgaste: Temperatura Corrente elétrica do motor Emissão acústica 34

35 Mecanismos de desgaste
Altas temperaturas Aço rápido Diminuição resistência Arranque de material da ferramenta Materiais de alta dureza Aço rápido e metal duro Altas tensões de compressão Temperaturas elevadas Altas velocidades Temperatura e afinidade Diamante Zona de aderência Velocidade de corte e avanço Baixas velocidades Aço rápido e metal duro Aresta postiça irregular Desgaste a 2 e 3 corpos Microsulcamento Cerâmicas e metal duro Partículas duras Ligas de níquel e inóx Cerâmicas e CBN Rebarbas no cavaco Taxa de compressão 35

36 Fluidos de corte Sistemas de manufatura – Qualquer tentativa de aumentar produtividade e reduzir custos deve ser considerada Funções dos fluidos de corte: Lubrificar a baixas velocidades de corte Refrigerar a altas velocidades de corte Ajudar a retirar o cavaco da zona de corte Proteger a máquina e ferramenta contra corrosão Reduzir atrito e APC Reduzir zona de aderência Fluido a base de óleo Fluido sem acesso a zona de aderência Fluido a base de água 36

37 Influência da temperatura na vida da ferramenta
Schallbroch e Schaumann T . tn = K T = Vida da ferramenta em (min.) t = Temperatura na interface ferr./cavaco n = Expoente cujo valor depende dos materiais da ferramenta e da peça e das condições de usinagem K = Constante cujo valor depende dos materiais da Exemplo: Caso temperatura medida durante processo seja igual a 625oC, tem-se: T . t 24 = T = (740/625) 24 = 57min igual a 600oC, tem-se: T = (740/600) 24 = 150min 37

38 Razões para o uso de fluidos de corte
Reduzir o custo total da usinagem em função de: Aumento da vida útil da ferramenta; Redução das forças de corte devido à lubrificação; Melhoria do acabamento superficial da peça; Fácil remoção do cavaco da zona de corte; Menor distorção da peça em função da ação refrigerante 38

39 Tipos de fluidos de corte
Óleos puros Gases e névoas Sólidos Químicos Fluidos de corte a base de água Óleos minerais, gorduras e misturas destes MQL Não contém óleo mineral Difíceis de estragar Inibidor de corrosão 39

40 Fluidos de corte a base de água
Emulsionáveis, semi-sintéticos, sintéticos ADITIVOS 40

41 Seleção do fluido de corte
Ferro fundido – Seco , emulsão ou óleo Aços – Todos os tipos de fluidos Alumínio – Seco, emulsões, enxofre ataca alumínio Cobre – Emulsões, óleos, enxofre ataca cobre Ligas de níquel – Depende da operação Material da peça Material da ferramenta Processo de usinagem Aços liga e rápido – Refrigerantes Metal duro, cermets – Refrigerantes Cerâmicas - Emulsões 41

42 Linhas de Pesquisa Trabalhos desenvolvidos
Retificação Fresamento Torneamento 42

43 Avanços/Desafios dos Processos de Usinagem
Monitoramento de processos Eficientes sistemas CAD/CAM/CNC Materiais e Geometrias de ferramentas Revestimentos finos Produção + Limpa FMS – Participação do profissional Capacitação profissional 43

44 Processos de Fabricação
Comp. usinado Temperatura Cargas intermitentes FLUIDO Reduzir desgaste Bom acabamento Menor força... 44

45 Objetivos Verificar a influência de condições diferenciadas de refrigeração e lubrificação em processos de torneamento e fresamento de aços avaliando o desgaste e vida das ferramentas de corte 45

46 Procedimento Experimental
46

47 Procedimento Experimental
47

48 Medidas realizadas durante testes
RUGOSÍMETRO 48

49 Resultados Torneamento (CrAlN)
SECO MQF20 MQF60 49

50 Resultados Torneamento (TiAlN)
SECO MQF20 MQF60 50

51 Resultados Fresamento
Baixas velocidades Altas velocidades SECO Jorro MQF60 51

52 Conclusões Para utilização em operações de torneamento e fresamento de aços a aplicação de mínimas quantidades de refrigeração e lubrificação mostra ser uma alternativa viável gerando considerável vida de ferramenta e acabamento superficial da peça compara do às condições de usinagem a seco e com utilização de fluidos de corte em sua forma convencional. 52

53 Princípios Básicos da Retificação Center-less
Vários tipos center-less M icroma E1 Partes da retificadora 53

54 Fatores que Influenciam o Processo Center-less
1) Régua Suporte, Rebolos de arraste e de corte, parâmetros 54

55 Objetivos: Justificativa:
1) Monitorar processo de retificação center-less através de emissão acústica (EA). Neste trabalho, sensores de emissão acústica foram implantados em partes específicas da máquina, buscando-se desta forma o monitorar o processo. 2) Desenvolver uma ferramenta que seja capaz de identificar com confiabilidade, falhas ocorridas durante a dressagem e o processo de retificação center-less. Justificativa: Dificuldades do processo – Condições ótimas de circularidade e acabamento Condições do set-up – Desempenham papel fundamental Operador de máquina – Utiliza sistema de diagnóstico para auxiliar na resolução de problemas 55

56 Concepção Básica 56

57 Experimentos para Desenvolvimento de uma Metodologia para Avaliação de Problemas de Set-up
Corpos de prova - Hastes de válvulas de motor, de aço forjado Rebolo de corte – Óxido de alumínio DA120/150P7V17 da marca SIVAT Rebolo de arraste - 120RR da marca INABRA Fluido de corte sintético - Marca HORTON, 3% Retificadora center-less - Microma E1, 12,5CV Velocidade do rebolo de corte - 55m/s Remoção de material – 0,02mm no diâmetro da peça Velocidade de retificação – 60m/s Velocidade de avanço – 0,37mm/min Sarkout – 0,3s Rotação rebolo de arraste – 17rpm 57

58 Análise da Emissão Acústica
Unidade de monitoramento - Sensis BM12  Aparelho totalmente analógico Circuito de amplificação - 40db ou 60db Filtros passa baixa e passa alta Constante de tempo mínima 5s 58

59 • Condições geradas • Observações ao acaso
Procedimento Experimental • Condições geradas - Desbalanceamento do rebolo de corte - Altura inadequada entre centros - Dressagem eficiente - Peça boa - Vibração usando shaker - Rotação elevada do rebolo de arraste - Refrigeração insuficiente - Ausência de refrigeração • Observações ao acaso - Vibrações ocorridas no sparkout - Velocidades diferentes de dressagem - Rebolo de arraste excêntrico 59

60 4. Retificação adequada de haste de válvula
Set-up adequado – Altura da régua Parâmetros ideais de corte Menor variação da profundidade instantânea de corte 60

61 5. Altura inadequada entre centros
Alteração das condições de retificação Aumento da distância entre centros  Maior instabilidade no processo 61

62 • Mapas obtidos durante processo de retificação
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63 Conclusões  É possível usar a análise do padrão RMS de emissão acústica para diagnóstico do processo de retificação center-less.    Existe uma correlação entre os mapas obtidos e as falhas ocorridas durante os processos de retificação e dressagem.     63

64 MUITO OBRIGADO!!! 64